甘薯是一種重要的全球糧食作物，以其豐富的碳水化合物、維生素、膳食纖維和必需微量營養素而聞名（Kwak, 2019）。其整個植株，包括葉子、莖和塊根，對人類和動物都有多種用途。除了產量高和用途廣泛外，甘薯還具備其他經濟作物所沒有的多個優勢，使其成為應對全球糧食安全挑戰和緩解氣候變化影響的強大工具，特別是在發展中國家普遍采用的農業實踐中（Sapakhova et al., 2023）。中國是全球最大的甘薯生產國，占全球總產量的55%（Li et al., 2022）。根據聯合國糧農組織的數據，2023年中國甘薯產量為5140萬噸（FAO 2023）。
在自然環境中，甘薯的生長不僅受到鹽分和干旱等非生物脅迫的制約，還受到細菌、真菌、病毒和莖線蟲等生物脅迫的影響。各種生物和非生物脅迫對甘薯產量有顯著影響。然而，由于甘薯的高雜合性（2n=6x=90, B1B1B2B2B2）及其復雜的遺傳背景（Yang et al., 2017），通過傳統育種方法精確選擇和改良產量、品質和抗逆性等性狀非常困難。基因組編輯技術取得了顯著進展，使得可以直接對商業作物品種進行精確改造。特別是CRISPR/Cas系統作為一種用戶友好、高度特異性且有效的基因組編輯工具，為開發能夠抵抗生物和非生物脅迫的作物品種鋪平了道路（Erdo?an et al., 2023）。CRISPR/Cas9系統主要由兩部分組成：單一引導RNA（gRNA）和Cas9酶（Jinek et al., 2012）。gRNA作為精確導航器，促進Cas9與目標基因組DNA之間的直接堿基配對，從而在預定義的目標位點切割雙鏈DNA，形成雙鏈斷裂（DSB）。細胞內的修復途徑，即非同源末端連接（NHEJ）和同源定向修復（HDR），負責修復這些DSB。NHEJ涉及插入或刪除（indels），而HDR則通過重組過程實現所需序列的精確插入或特定點突變的引入（Doudna and Charpentier, 2014, Symington and Gautier, 2011）。
由于甘薯基因組的復雜性和雜合性，進行靶向基因組編輯面臨巨大挑戰。每個基因存在多個等位基因拷貝，需要高效的編輯系統才能同時修改所有同源基因，這增加了獲得可檢測且穩定的突變表型的難度。此外，基因組間的遺傳冗余和序列差異會降低針對保守區域設計的引導RNA的效果。再加上轉化效率有限和基因型依賴的再生能力，這些因素歷來阻礙了甘薯中穩健基因組編輯平臺的發展。因此，在如Xuzishu 8（XZS-8）這樣的優良品種中建立可靠的CRISPR/Cas9系統，對于這一重要且具有氣候適應性的作物的功能基因組學和精準育種至關重要。
PDS基因編碼的植烯去飽和酶是類胡蘿卜素生物合成途徑中的關鍵酶（Fraser et al., 1994）。許多CRISPR/Cas介導的基因組編輯研究利用〈PDS〉作為標記物，促進了CRISPR試劑在植物細胞中的標準化應用（Awasthi et al., 2021, Mainkar et al., 2023, Siddappa et al., 2023）。該基因的破壞會引發一系列效應，包括光漂白、白化表型的出現和植株矮化（Vaia et al., 2022）。最近的研究表明，通過CRISPR/Cas9系統可以高效編輯甘薯中的〈PDS〉基因（Casarin et al., 2022；Brewer, Chambers 2022；Li et al., 2023；Gupta et al., 2023等）。然而，目前尚未有關于甘薯中〈IbPDS〉基因的CRISPR/Cas9應用報道。
在本研究中，我們開發了首個針對中國新型紫色肉質甘薯品種‘XZS-8’中〈IbPDS〉基因的CRISPR/Cas9編輯系統，實現了比以往甘薯研究更高的編輯效率（高達98.18%（Tang et al., 2025；Wang et al., 2019））。通過〈IbPDS〉基因敲除誘導的葉綠素缺乏白化表型驗證了成功的突變。我們的發現證明了CRISPR/Cas9在甘薯中的高效基因組編輯能力，推動了甘薯育種的進展，并為培育具有更強抗生物和非生物脅迫能力以及改良品質特性的品種奠定了基礎。
